(57)【要約】【課題】  磁場調整を容易にすることを目的とする。【解決手段】  空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片と、該空隙に形成される磁場と磁気的に接触するように設けられ、２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を有する調整用永久磁石片とを含む永久磁石対向型磁気回路を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、
該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、
該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片と、
該空隙に形成される磁場と磁気的に接触するように設けられ、２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を有する調整用永久磁石片と
を含む永久磁石対向型磁気回路。
【請求項２】
前記調整用永久磁石片が、８００ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有する請求項１に記載の永久磁石対向型磁気回路。
【請求項３】
空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、
該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、
該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片と
を含む永久磁石対向型磁気回路の有する磁場を調整する方法であって、
該空隙に形成される磁場と磁気的に接触するように、２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を有する調整用永久磁石片を配置するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石対向型磁気回路、および永久磁石対向型磁気回路の磁場を調整する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩとも記す）向けの永久磁石を用いた磁場発生装置には、希土類磁石を用いた磁石対向型磁気回路を用いることが主流となっている。以下に詳細に示すように、このような磁石対向型磁気回路は、永久磁石と、磁石からの磁束を通すための継鉄とを含み、一般に、永久磁石間の空隙に均一な磁界を発生させるために、永久磁石の表面に設けられ、好ましくは軟鉄など軟質磁性体からなる磁極片をさらに含む。通常は、この磁極片、傾斜磁場コイル等の上にシムホルダーと呼ばれるシム材の保持板を設け、ここに軟磁性体または永久磁石片等のシム材を配置することで、磁場の調整が行なわれている。
【０００３】
ＭＲＩの画像の鮮明度は、磁場の均一性に大きく影響を受ける。このため、ＭＲＩ装置の製造においては、均一磁場を容易に得るようにすることが極めて重要である。
【０００４】
軟磁性体や永久磁石を使用した磁場調整方法について、これまでに特許文献１，特許文献２，特許文献３などで述べられている。例えば、特許文献１には、複数の磁場調整用永久磁石小片を保持板にビスで固定し、これを磁極片に近接して配置することが示されている。
【０００５】
軟磁性体を使用した磁場調整方法は、例えば使用する軟磁性体の形状を薄い板状として、その厚さや大きさを比較的容易に変更することが可能であり、特に小さい単位を製作することも可能である。一方、永久磁石片を使用して磁場調整を行うことは、その極性を主磁場と逆の方向にして使用することで必要に応じて磁場を弱める調整も可能な点で、軟磁性体を使用した磁場調整よりも優れている。しかし、実際に使用する磁石片の大きさ等は、これまで特定されておらず、具体的にどのような磁石片を使用するかについて明確にされていなく、微妙な磁場調整が難しかった。
【特許文献１】特開平１−１６４３５６号公報
【特許文献２】特開平９−５６６９２号公報
【特許文献３】特公平５−８７９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
永久磁石を使用して磁場調整を容易に行うためには、磁場調整に適した永久磁石片を多数用意しておくと好ましい。しかし、従来では、磁場調整に適した永久磁石片の仕様等について述べられているものはなかった。通常、手で扱える大きさの磁石片（５×１０-6Ｗｂ程度の磁石片）が使用されていたが、その場合、磁極片による磁場均一度の変化が大きすぎて磁場調整が困難な場合があるという不都合が生じていた。そこで、本発明は、磁場調整に適した永久磁石片の条件を示すことで、磁場調整を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの側面によると、空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片と、該空隙に形成される磁場と磁気的に接触するように設けられ、２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を有する調整用永久磁石片とを含む永久磁石対向型磁気回路が提供される。好ましくは、前記調整用永久磁石片は、８００ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有する。
【０００８】
本発明の別の側面によると、空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石と、該永久磁石および該空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片とを含む永久磁石対向型磁気回路の有する磁場を調整する方法であって、該空隙に形成される磁場と磁気的に接触するように、２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を有する調整用永久磁石片を配置するステップを含む方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以下に詳細に説明するように、本発明によると、永久磁石対向型磁気回路の磁場の調整が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではない。上記したように、本発明によると、容易に磁場の均一度を調整することが可能な永久磁石対向型磁気回路、および永久磁石対向型磁気回路の磁場を調整する方法が提供される。
【００１１】
図１に、本発明の１つの実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式図を示す。永久磁石対向型磁気回路は上部と下部とを対称にすることができるため、図１には、永久磁石対向型磁気回路の下部のみを示す。ただし、上下非対称であっても構成が同じであれば本発明を適用できる。図１に示すように、本発明にかかる永久磁石対向型磁気回路１は、空隙を隔てて対向し、厚み方向に磁化された１対の永久磁石２と、該永久磁石間の空隙の外側に設けられ、該永久磁石と磁気的に結合する継鉄３と、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられ、対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片４とを含む。
【００１２】
永久磁石２は、従来のものと同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。厚み方向に磁化された１対の永久磁石が、空隙を隔てて対向し、空隙に主磁場を形成する。特にＭＲＩに用いられる磁気回路の場合、一般に、主磁場は、０．１Ｔ以上の磁場強度を有する。特に限定されるものではないが、永久磁石としては、フェライト、希土類磁石等を用いることでき、エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系希土類焼結磁石を用いると、磁石使用量が少なくてすみ、装置の小型化が可能となるため好ましい。永久磁石の形状は、円状、四角形状等であり、特に限定されるものではないが、磁極片と同様な形状がよい。磁化の方向は、互いに向き合う永久磁石の面に実質的に垂直な方向（厚さ方向）で、一般に同一の向きである。特にＭＲＩに用いられる磁気回路の場合、一般に、磁気回路の主磁場を形成する永久磁石は、２×１０-3Ｗｂ以上の磁束量を有するブロックを組み合わせて構成されている。
【００１３】
継鉄３は、従来のものと同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。継鉄が、永久磁石間の空隙の外側に設けられ、永久磁石を磁気的に結合する。これにより閉磁路が形成される。継鉄の形状は、特に限定されるものではなく、任意の形状にすることができ、例えば、Ｃ型、ロ型、二本柱型とすることができる。より具体的には、実質的に平行な一対の板状継鉄を柱状継鉄で支持し、この板状継鉄の対向する面に永久磁石を設けることができる。
【００１４】
磁極片４は、従来のものと同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。対向する向きに周辺突起部を有する１対の磁極片が、該永久磁石の対向する面側の夫々に設けられる。これにより、磁気回路の磁場の均一度が向上する。すなわち、空隙の中心部に球または楕円状の空間（評価空間とも記す）を仮想的に設け、この評価空間内の磁場分布により磁気回路の磁場の均一度を評価した場合、磁極片が単純な円盤形状の時、評価空間の赤道部の磁場強度は、極部に比較して低くなる。一方で、周囲に周辺突起部を設けた磁極片を使用した場合、評価空間の赤道部と周辺突起部の物理的距離が近くなり、赤道部の磁場強度が向上するため、評価空間全体の磁場均一度が向上する。また、さらに磁場均一度を向上させるため、磁極片の底部に周状の小さな突起（周辺突起部より段差の小さいもの）を複数段設けることもできる。
【００１５】
一般に、磁極片の空隙側の凹部には、対向する磁極片の空隙側に傾斜磁場を発生させるために一対の傾斜磁場コイル５を設ける。この傾斜磁場コイルにより、磁極片空隙側の磁場均一空間に対して意図的に磁場の均一性を線形に乱すことができる。このとき、不均一磁場を含むＮＭＲ信号を受信すれば、信号の画像化の際に空間情報を付随することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、磁場の調整を容易にする永久磁石片を提示するものである。すなわち、本発明では、２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を有する調整用永久磁石片６を、磁極片間の空隙に形成される磁場と磁気的に接触するように配置することで、磁場を調整することができる。上記したように、本発明では、永久磁石片を使用するため、その極性を主磁場と逆の方向にして使用することで磁場を弱める調整も可能であるなど、軟磁性体を使用した場合よりも優れた点を持つ。
【００１７】
ここで、調整用永久磁石片は、２×１０-7Ｗｂ（Ｖ・ｓ）以下、好ましくは１×１０-7〜１×１０-8Ｗｂの磁束量を有する。このように、磁束量の小さい永久磁石片を用いることで、線形性良く磁場を調整することができる。このため、調整用永久磁石片を複数個使用すると、その数に応じて使用した位置の磁場を調整することができる。よって、ある磁束量の永久磁石片を複数用意しておけば、必要に応じて用いる調整用永久磁石片の個数を調整することで容易に磁場を調整することができる。
【００１８】
磁束量の小さい磁石片を使用して磁場調整を行うことは、金属等の表面を研磨する際により細かい研磨材を使用することで表面粗さをより滑らかにできることに相当する。しかしながら、従来どの程度まで小さな磁石を用意すればよいか、またその基準が明確に示されていなかった。そのため、磁束量の小さい磁石片をどうやって製作すればよいかの方針もなく、適当な磁石片を用意することができなかった。そして従来は、手で扱うことができる大きさの磁石（３ｍｍ角程度：Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系で５×１０-6Ｗｂ）を使用して磁場調整を行っていた。この場合、１個の磁石片で調整する磁束量が大きいため、例えば、１×１０-6Ｗｂの磁束を変更させたいところが、その５倍を変更させてしまい、単純に磁石片を配置するのみでは到達均一度を上げられない場合があるという問題点があった。そのような場合、従来は変更させたいところの周囲全体に磁石片を貼り付けて全体的に変更させるなどの手順を踏む必要があった。このように変更したいところから少し離れた点に置けば、磁束変化を小さくできるため調整できる。しかし、それによって他の点の磁束量が変化してしまい、再度測定と計算をやり直す必要が出てくる。本発明者らは、単純に磁石片を配置することで調整するためには、２×１０-7Ｗｂ以下の磁石片があればよいことを見出した。より小さな磁束量があれば、均一度を上げられるが、磁石片が小さくなりすぎてしまい、手で扱うことが難しくなることや、製造が難しくなる場合もある。
【００１９】
一方で、使用する調整用永久磁石片の最小単位が２×１０-7Ｗｂより大きいと、その最小単位、すなわち１個の調整用永久磁石片によって調整される磁場の変化量が大きすぎ、均一度を細かく調整するのが困難な場合があるという問題点がある。上記で述べた通り、磁場調整で空間中のある点の磁場を高めるために、従来用いられていた最小単位の永久磁石片（５×１０-6Ｗｂ）を配置すると、磁場を高めすぎてしまい、かえって均一度を悪くしてしまうことがあった。そのような場合、他の部分に多くの磁石を配置して、その部分を相対的に弱めるといった作業が発生していた。このため、本発明によると、このような必要がなくなり、調整用永久磁石片に必要な磁石量を減少させることができる。
【００２０】
ここで重要なのは、最小単位、すなわち、１個の調整用永久磁石片の磁束量を小さくすることであり、その条件を確定することである。本発明者らは、検討の結果、永久磁石式磁気回路に用いる調整用永久磁石片の最小単位として、磁束量が２×１０-7Ｗｂ以下、好ましくは１×１０-7〜１×１０-8Ｗｂであれば、磁場調整に適していることを見出した。
【００２１】
また、永久磁石片と言えども磁場中で使用することから、場合によっては磁気回路の主磁界によって減磁する可能性がある。特に、本発明にあっては、比較的小さな磁束量を有する調整用永久磁石片を用いるため、減磁の影響が相対的に大きくなる。このため、本発明者らは、この点についても検討を行い、さらに使用する永久磁石片の保磁力が、好ましくは８００ｋＡ／ｍ以上、さらに好ましくは１０００〜１２００ｋＡ／ｍであれば、減磁の問題がより生じにくいことを見出した。
【００２２】
調整用永久磁石片に使用される永久磁石素材の保磁力が８００ｋＡ／ｍ未満であると、磁気回路の主磁界と逆向きに使用する際に、発生装置側の磁界により減磁してしまい設計どおりに調整できなくなるといった不都合がある場合がある。調整用永久磁石片が磁気回路の磁極片端部の磁界の強いところに接触する可能性を考えると、その保持力は、１０００〜１２００ｋＡ／ｍであるとさらに好ましい。
【００２３】
調整用永久磁石片は、特に限定されるものではなく、公知の任意の種類のものを用いることができ、公知の任意の方法で製造することができる。例えば、小さい焼結磁石を使用しても良いし、熱等で減磁させた焼結磁石を使用しても良い。また、ボンド磁石、すなわち永久磁石の粉を樹脂等で固め、磁石を薄めたものを使用しても良い。
【００２４】
また、調整用永久磁石片を形成する磁石材料は、特に限定されるものではなく、公知の任意の種類のものを用いることができ、公知の任意の方法で製造することができる。しかしながら、上記したように高い保持力を有する磁石材料として、一般には希土類磁石が用いられ、例えば、Ｓｍ2Ｃｏ17系と呼ばれる希土類磁石やＮｄ2Ｆｅ14Ｂ系希土類磁石を用いると好ましい。
【００２５】
また、調整用永久磁石片の形状は、特に限定されるものではなく、角柱（立方体、直方体等）、円柱、球状等、使用時の目的により適宜選択すれことができる。また、調整用永久磁石片は、焼結磁石等の永久磁石片が、プラスチック、樹脂、ゴム、ガラス、その他真鍮やアルミ等の非磁性体のケースに内部で動かないような形で埋め込まれたものを使用することもできる。この場合、磁石が小さくてもケースの部分を大きくして手で扱うことができるようにすることで、調整用永久磁石片を手で扱えるようになり好ましい。これは、一般に焼結磁石で２×１０-7Ｗｂ以下の磁束量を持つ磁石片を製作しようとすると、１ｍｍ以下の大きさにならざるを得ず、そうなると手で扱うことが困難になってしまうためである。
【００２６】
このような調整用永久磁石片により、磁気回路の磁場を調整するためには、調整用永久磁石片は、磁極片間の空隙に形成される磁場（主磁場とも記す）と磁気的に接触するように配置する必要がある。ここで、主磁場と磁気的に接触するとは、主磁場の大きさ、向き等を調整できるように実質的に主磁場に影響を与えることができる状態にすることをいう。
【００２７】
特に限定されるものではないが、より具体的には、調整用永久磁石片は、磁極片４、傾斜磁場コイル５等の上、すなわち、磁極片４と傾斜磁場コイル５との間、傾斜磁場コイル５の空隙側の面等に配置すると好ましい。さらに、調整用永久磁石片を保持するための保持部材を設け（図示せず）、その上に配置しても良い。この場合、保持版は、磁気回路の主磁場を形成する永久磁石と磁極片との間、磁極片と傾斜磁場コイルとの間、傾斜磁場コイルの空隙側の面等の任意の位置に設けることができる。保持部材は、任意の形状でよく、例えば、板状、棒状等とすることができる。また、調整用永久磁石の位置は、評価空間に対して上下方向、すなわち、永久磁石２側とする必要はなく、評価空間に対して側面方向に設けることもできる（図示せず）。
【００２８】
調整用永久磁石片の磁極片、傾斜磁場コイル、保持版等への設置は、特に限定されるものではなく、公知の任意の方法で行うことができる。例えば、適当な接着剤により接着してもよく、ボルト等により固定してもよい。
【００２９】
このような調整用永久磁石片の少なくとも１つ、好ましくは複数個を供することで、好適に磁場の調整をすることができる。特に限定されるものではないが、調整用永久磁石片を複数個供する場合、それらの磁束量は同一であると好ましい。上記したように、本発明では、磁束量の小さい永久磁石片を用いることで、線形性良く磁場を調整することができ、調整用永久磁石片を複数個用いることで、その数に応じて使用した位置の磁場が高められるためである。
【００３０】
このように、本発明によると、上記した調整用永久磁石片によると、磁場調整を容易にすることができ、さらに、上記した調整用永久磁石片は、安定して逆向きでも使用することもできる。磁場の調整、すなわち、調整用永久磁石片の位置および量の決定は、従来と同様にすることができ、特に限定されるものではないが、計算機支援による系統的な磁場調整を行うと好ましい。計算機支援による調整には、数理計画法、線形計画法、７プレーン法などの手法が使用できる。なかでも、線形計画法は初期値と目標値の差があまり大きくなければ（例えば、二桁の差）、相対的に少ない計算量で最適解が得られるため、本願発明の磁場調整に適している。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施例は本発明を限定するものではない。
【００３２】
本実施例では、永久磁石対向型のＭＲＩ用磁気回路で、磁場強度が０．２Ｔ、上下の傾斜磁場コイル間のＧａｐが４００ｍｍのものを用いた。このような磁気回路で、評価空間をφ３５０ｍｍの大きさの領域とし、磁場を調整した。
【００３３】
調整用永久磁石片（シム磁石）は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ系の磁石で残留磁束密度１．３Ｔ，保磁力１２００ｋＡ／ｍの特性を持つものを小さく切断し、手で扱えるようにプラスチックのピースに埋め込んだものを同数使用した。均一度の測定には、φ３５０の球体の表面上１３４点の磁場強度を、ＮＭＲテスラメーターを使用して測定し、その最大値と最小値の差から均一度を求めた。表１に、調整用永久磁石片の１個の磁束量と到達された磁場の均一性との関係を示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
磁場強度０．２ＴのＭＲＩでは、要求される均一度が一般に３０ｐｐｍ以下であることから最小単位が２×１０-7Ｗｂであれば良いことがわかる。また、保磁力２４０ｋＡ／ｍ（磁束２×１０-7Ｗｂ）のフェライト磁石を使用したところ、ＭＲＩの磁極片に触れた際に減磁してしまい、使用できなかった。
【００３６】
以上のことから明らかなように、本発明によると、磁場調整に適した最小単位の調整磁石片を用いることにより、磁石量の減少および磁場強度の均一度の向上を容易にできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１つの実施態様にかかる永久磁石対向型磁気回路の模式図を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１    永久磁石対向型磁気回路
２    永久磁石
３    継鉄
４    磁極片
５    傾斜磁場コイル
６    調整用永久磁石片
【図１】
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